アトラス実験TGC検出器用新型Patch-Panel ASICの開発

概要

高輝度LHC実験での導入を目指し，Thin Gap Chamber (TGC)ミュー粒子検出器のトリガー・読み出し回路の改良を行っている。本プロジェクトでは、ミュー粒子飛行時間やケーブル長のばらつきに起因するチャンネル間の遅延時間を補正しその信号がLHC加速器のどの陽子陽子衝突事象に起因するものかタグ付けするPatch-Panel (PP) ASICの開発を行った。2020年までに実機の製作を行い、2021年にその動作検証を完了させた。

メンバー

堀井泰之, Horii Yasuyuki(代表:名古屋大学・講師)
佐々木修, Sasaki Osamu (KEK、教授)
田中真伸, Tanaka Manobu (KEK、教授)
内田智久, Uchida Tomohisa (KEK、准教授)
宮原正也, Miyahara Masaya (KEK、准教授)
池野正弘, Ikeno Masahiro (KEK、シニアフェロー)
戸本誠, Tomoto Makoto (名古屋大学、准教授)
加納勇也, Kano Yuya (名古屋大学、研究員)
伊藤秀一, Ito Shuichi (名古屋大学、M2、2019年3月修了)
稲熊勇人, Inaguma Hayato (名古屋大学、M2、2020年3月修了)
山田敏大, Yamada Toshihiro (名古屋大学、M2、2021年3月修了)
皆川真輝, Masaki Minakawa (名古屋大学、M1、2021年3月時点)

機能・特徴

180 nm CMOSプロセス
32チャンネル
LVDS入力、LVTTL (1.8 V)出力
1ナノ秒刻みの可変遅延回路
25ナノ秒置きに発生する陽子陽子衝突の識別回路
前段回路試験用の可変波高テストパルス生成器
SPIによるコントロール
シングル・イベント効果抑制のための多数決論理

図・写真等

PP ASIC V1 package, photo(png)
PP ASIC V1 layout, photo(png)
PP ASIC V1 wafer, photo(jpg)
Testboard photo(png)

関連リンク

Performance of PP ASIC V1 (Mass Production): pdf, pdf
LVDS receiver, BCID, Power Consumption, Yield: pdf
Plot of delay versus Vcon (10 chips): pdf
Plot of delay versus Vcon (comparison with simulation): pdf
Variable Delay and PLL: pdf
Test Pulse Generator: pdf
Yield (Data sheet): xlsx
Microcomputer software: zip
Parameter list (the same as V0): xlsx
Data and plot files of Y. Horii in April 2019: zip
Data set and analysis programs of T.Yamada in 2019: zip
Configuration of delaystep, POL and bypass: pdf

実験グループレビュー資料

Final Design Review, スライド, ドキュメント
Production Readiness Review, スライド, ドキュメント

発表論文リスト

伊藤秀一, 戸本誠, 堀井泰之, 稲熊勇人, 佐々木修, 田中真伸, 内田智久, 宮原正也, 池野正弘, 他ATLAS日本トリガーグループ, 「高輝度LHC-ATLAS実験に向けたTGC検出器の前段読み出し回路に搭載するASICの動作検証」, 物理学会 2018年秋季大会 (2018/9/14), スライド
稲熊勇人, 戸本誠, 堀井泰之, 川口智美, 伊藤秀一, 麻田晴香, 佐々木修, 田中真伸, 内田智久, 宮原正也, 池野正弘, 他ATLAS日本トリガーグループ, 「高輝度LHC-ATLAS実験に向けたTGC検出器の前段読み出し回路の放射線対策」, 物理学会第74回年次大会 (2019/3/17), スライド
山田敏大, 戸本誠, 堀井泰之, 加納勇也, 稲熊勇人, 佐々木修, 田中真伸, 内田智久, 宮原正也, 池野正弘, 他ATLAS日本トリガーグループ, 「高輝度LHC-ATLAS実験に向けたTGC検出器のタイミング調整用ASIC量産品の性能評価」, 物理学会第75回年次大会 (2020/3/17), スライド
皆川真輝, 戸本誠, 堀井泰之, 加納勇也, 山田敏大, 佐々木修, 田中真伸, 宮原正也, 池野正弘, 庄子正剛, 田内一弥, 他ATLAS日本トリガーグループ, 「高輝度LHC-ATLAS実験に向けたTGC検出器トリガーにおける前段回路試作機の動作検証」, 物理学会第76回年次大会 (2021/3/14), スライド
伊藤秀一, 「高輝度LHC環境下で安定動作するμ粒子トリガーの前段回路開発」, 修士論文 (2019/1/22)
山田敏大, 「高輝度LHC-ATLAS実験に向けたTGC検出器の40 MHz陽子衝突バンチ識別回路の評価」, 修士論文 (2021/1/22)